Source: http://www.ird.fr/fr/actualites/fiches/2006/fas247.pdf

Le virus de la panachure jaune, ou RYMV, est responsable d'une importante diminution de rendement pour la riziculture du continent africain. L'utilisation de variétés résistantes constitue le meilleur espoir de réduire notablement les pertes de récolte. Un gène responsable d’une résistance majeure du riz au virus a été récemment identifié par Laurence Albar, généticienne à l’IRD. Ce gène, Rymv1, est lié à une fonction biologique essentielle de la plante puisqu’il permet de traduire les ARN messagers cellulaires (1) en protéines. Les chercheurs ont montré que, chez quelques variétés, de petites mutations dans une zone particulière de ce gène sont responsables de la résistance. Selon des hypothèses préalables, chez une variété sensible à l’infection, le virus interagit avec le facteur codé par le gène Rymv1 et l’utilise à son propre avantage. Ces recherches permettront, à terme, de faciliter le transfert de ce gène par croisements entre variétés résistantes et sensibles. Ce résultat ouvre d’importantes perspectives pour la compréhension du mécanisme de résistance et l’utilisation de ce gène en sélection variétale par des partenaires, comme l’ADRAO (Centre du riz pour l’Afrique) et les instituts de recherche nationaux d’Afrique et de Madagascar.

Le RYMV, ou virus de la panachure jaune du riz, a été identifié pour la première fois en 1966 au Kenya. Sa présence a depuis été rapportée dans la plupart des pays d’Afrique cultivant le riz. La maladie se caractérise par l’apparition de panachures puis de nécroses sur les feuilles. La fertilité et le développement des grains sont affectés, ce qui provoque des pertes considérables dans les récoltes.
La transmission du RYMV s’effectue via des insectes vecteurs ou par simple contact entre plantes. Des mesures prophylactiques, comme le semis direct ou l’enfouissage des pailles, ont été mises en place pour limiter la propagation de la maladie, mais le véritable espoir pour réduire l’impact du RYMV réside dans l’utilisation de variétés résistantes.

En effet, après infection par le virus de la panachure jaune, quelques rares variétés de riz traditionnelles de l’espèce asiatique, O. sativa et de l’espèce africaine, O. glaberrima ne présentent généralement ni symptômes foliaires, ni impact sur la récolte. Néanmoins, ces différentes variétés ne possèdent pas les caractéristiques agronomiques recherchées pour la culture irriguée intensive ou de bas-fonds, là où la maladie est la plus dommageable. Une équipe de généticiens de l’Institut de Recherche pour le Dévelopment (IRD) s’intéresse depuis plusieurs années aux bases génétiques de cette résistance afin de faciliter son transfert vers des variétés d’intérêts agronomiques sensibles aux virus et ainsi optimiser leur utilisation.

Des études de génétique classique ont d’abord mis en évidence que la résistance était sous le contrôle d’un unique gène récessif. Puis, des approches de cartographie génétique ont permis d’identifier un fragment appartenant au chromosome 4 et contenant le gène de résistance. Les données du séquençage du génome du riz ont été très utiles pour rechercher dans ce fragment si un gène plutôt qu’un autre pouvait être à l’origine de la résistance au RYMV. Sur la base de données bibliographiques, le gène eIF(iso)4G, impliqué dans la traduction des ARNs cellulaires et baptisé Rymv1, est apparu comme le meilleur candidat. La validation fonctionnelle de ce gène de résistance a été réalisée par transformation génétique. Pour cela, une lignée de riz résistante a été modifiée en introduisant par transgénèse l’allèle de sensibilité de ce gène. Les descendances des plantes transformées qui montrent une restauration de la sensibilité révèlent systématiquement la présence du transgène (fig. 2).

Les virus sont constitués d’un génome de petite taille codant pour un nombre limité de protéines (5 chez le RYMV). Ils ont donc besoin des protéines de leur hôte pour accomplir les différentes étapes de leur cycle infectieux. Une des protéines que requiert le virus de la panachure jaune semble être le facteur codé par le gène Rymv1 qui est probablement impliqué dans la traduction des protéines virales, mais peut-être également dans d’autres processus tel que le mouvement du virus au sein d’une cellule.
Les chercheurs ont découvert des mutations du gène qu’ils ont analysé dans trois variétés résistantes différentes. Celles-ci sont distinctes mais sont situées dans la même région du gène et dans une position externe favorable pour interagir avec le virus. Il semble donc que, chez ces variétés, la mutation n’altère pas le rôle de la protéine dans ses fonctions biologiques premières, mais peut empêcher son interaction avec le virus qui est alors bloqué dans une des étapes de son cycle infectieux.

Parallèlement, une équipe de virologues de l’IRD a montré qu’il était possible de sélectionner en laboratoire, des souches de RYMV contournant ce gène de résistance et que ce contournement était déterminé par des mutations dans l’une des protéines virales. Les deux approches convergent maintenant pour chercher à déterminer les mécanismes moléculaires de la résistance ou de la sensibilité à partir d’interactions directes entre la protéine du riz et celle du virus. La compréhension de ces mécanismes permettra de mieux spéculer sur l’exploitation à long terme de ce gène de résistance.

Une autre stratégie pour contrer ce virus a été développée à l’IRD : en introduisant par transgénèse dans le génome des plantes une partie des gènes viraux, comme cela a été réalisé dans d’autres interactions plante/virus, les chercheurs ont tenté d’induire la résistance au RYMV. Les résultats montrent que les plantes transgéniques n’ont qu’une résistance partielle et de faible durée et peuvent même présenter une sensibilité accrue. Dans le cas particulier de l’interaction riz/RYMV, la stratégie d’introduction d’un gène viral par transgénèse n’apporte donc pas d’avantages par rapport à l’utilisation des résistances naturelles.

L’application de cette recherche est de faciliter l’amélioration de la production rizicole dans les pays touchés par le virus de la panachure jaune. D’ores et déjà, l’IRD a transféré par croisement le gène Rymv1 dans quelques variétés agronomiquement importantes et les lignées correspondantes ont été données à différentes institutions nationales de recherche (Côte d’ivoire, Sénégal, Madagascar) ou internationales comme le Centre du Riz pour l’Afrique (Warda, Bénin) pour qu’ils les utilisent dans des programmes de sélection variétale.

Discovery of the first resistance gene to rice yellow mottle virus


Rice yellow mottle virus (RYMV) was first identified in 1966 in Kenya. It h= as since been reported in most African countries where rice is grown. The disease is characterized by the appearance of mottling and then tissue death on the leaves. The fertility and development of seeds are affected, which causes considerable yield losses at harvest. Transmission of RYMV occurs by way of insect vectors or by straightforward = contact between plants. Prevention measures, like direct sowing or the bury= ing of straw, have been implemented in order to limit the spread of the disease, but the real potential for reducing the impact of RYMV is to be found= in the use of resistant varieties.

In certain rare traditional varieties of the Asian species of rice, Oryza sativa, and of the African variety, O. glaberrima, RYMV infection does not generally produce leaf symptoms, or have any impact on the harvest production. However, these varieties do not have the agronomic characteristics sought after for intensive irrigated cultivation or growing on low-lying land, where the disease provokes most damage. IRD geneticists have for several years been applying their research to the genetic bases of this resistance in order to facilitate its transfer to varieties that are agronomically usefulyet susceptible to the virus with a view to optimizing their use.

Standard genetic studies first found evidence that resistance was controlled by a single recessive gene. Subsequent genetic mapping identified a fragment of chromosome 4 containing the resistance gene. Data from rice genome sequencing have been extremely useful for research on this fragment to find out if one gene rather than another could confer resistance to RYMV. Data from the literature indicates that gene eIF(iso)4G, involved in cellular RNA translation and named Rymv1, appeared to be the best candidate. Validation of the function of this resistance gene was performed by genetic transform= ation. For this, a line of resistant rice was modified by transgenically introducing the allele for susceptibility of this gene. The descendents of transformed plants that manifested restored susceptibility always showed the presence of the transgene.

Viruses are built with a small genome coding for a limited number of proteins (5 in the RYMVs). They therefore need their host's proteins in order to accomplish each stage of their infection cycle. One of the proteins that the RYMV requires appears to be the eIF(iso)4G translation initiation factor coded by the Rymv1 gene which is probably involved in viral protein translation, but also perhaps in other processes such as the virus's movement within the cell.
The research team discovered mutations of the gene they analysed in three different resistant varieties. These are distinct but are situated in the same domain of the gene in a patch on the surface favourable for interaction  with the virus. In these varieties, the mutation does not appear to alter the protein's role in its primary biological functions, but can prevent its interaction with the virus which is then blocked in one of the stages of its infectious cycle.

In parallel, a team of IRD virologists showed that it was possible to carry out laboratory selection of RYMV strains that break the gene's resistance and that the process involved was determined by mutations in one of the viral proteins. The two approaches are now being combined in order to determine the molecular mechanisms of resistance or susceptibility on the basis of direct interactions between the rice protein and that of the virus. Understanding of these mechanisms will give clues as to the best ways of making long-term use of this resistance gene.

Another strategy developed by the IRD for combating this virus involves introducing part of the viral genes into the plant genome by transgenesis, as has been done in other plant/virus interactions, with the aim of inducing resistance to RYMV. The results show that the transgenic plants have only partial resistance, and for only a short time, and can even end up with a heightened susceptibility. In the particular case of the rice/RYMV interaction, the strategy of introducing a viral gene by transgenic techniques does not bring any advantages compared with the use of natural resistance.

This research can find applications in ways of improving rice production in countries hit by RYMV. Already, the IRD has transferred the gene Rymv1, by crossing, into some agronomically important varieties. The corresponding lineages have been given to various national (Ivory Coast, Senegal, Madagascar) and international research institutions such as the African Rice Centre (Warda, Benin) for them to use in variety selection programmes.

Aude Sonneville
Translation : Nicholas Flay
Glossaire :
(1) Messenger RNA: a ribonucleic acid transcribed from the DNA of a gene and which serves as a model for translation of a protein.
(2) Allele: each of the different possible forms of the same gene.


Mutations in the eIF(iso)4G translation initiation factor confer high resistance of rice to Rice yellow mottle virus Laurence Albar1, Martine Bangratz-Reyser, Eugénie Hébrard, Marie-Noelle Ndjiondjop, Monty Jones, and Alain Ghesquière

SUMMARY

We report here evidence of the role that the isoform of the eukaryotic translation initiation factor 4G (eIF(iso)4G) plays in naturally occurring resistance in plant/virus interactions. A genetic and physical mapping approach was developed to isolate the Rymv1 locus controlling the high recessive resistance to Rice yellow mottle virus (RYMV) in the rice (Oryza sativa) variety Gigante. The locus was mapped to a 160-kb interval containing a gene from the eIF(iso)4G family. The stable transformation of a resistant line with the cDNA of this gene, derived from a susceptible variety, resulted in the loss of resistance in transgenic plants. The allelic variability of this gene was analysed in three resistant and 17 susceptible varieties from different cultivated rice species or subspecies. Compared with susceptible varieties, resistant varieties present specific alleles, characterized by either amino acid substitutions or short amino-acid deletions in the middle domain of the protein. The structure of this domain was modelled and showed that the substitutions were clustered on a small surface patch. This suggests that this domain may be involved in an interaction with the virus.

Es descubierto el primer gen de resistencia al virus de la mancha amarilla en el arroz

El RYMV, o virus de la mancha amarilla del arroz, fue identificado por vez primera en 1966 en Kenia. Desde esa fecha, su presencia ha sido reportada en la mayoría de los países de África que cultivan arroz. La enfermedad se caracteriza por la aparición de manchas y, posteriormente, de necrosis en las hojas. La fertilidad y el desarrollo de los granos se ven afectados, lo que provoca pérdidas considerables en las cosechas .
La transmisión del RYMV se efectúa vía insectos vectores o por simple contacto entre plantas. Se han implementado medidas profilácticas, como la siembra directa o el enterramiento de las pajas, con el fin de limitar la propagación de la enfermedad, pero la verdadera esperanza para reducir el impacto del RYMV reside en la utilización de las variedades resistentes.

Después de la infección por el virus de la mancha amarilla, algunas escasas variedades tradicionales de arroz de la especie asiática, O. sativa, y de la especie africana, O. glaberrima, no presentan generalmente ni síntomas foliares, ni impacto en la cosecha. Sin embargo, estas diferentes variedades no poseen las características agronómicas requeridas para el cultivo intensivo de riego o de tierras bajas (depresiones), en donde la enfermedad produce los mayores daños. Un equipo de genetistas del IRD estudia, desde hace varios años, las bases genéticas de esta resistencia, con el fin de facilitar su transferencia hacia variedades de interés agronómico sensibles a los virus y, de esta manera, optimizar su utilización.

Una serie de estudios de genética clásica reveló que la resistencia era controlada por un gen recesivo único. Posteriormente, enfoques de cartografía genética permitieron identificar un fragmento perteneciente al cromosoma 4 y que contiene el gen de resistencia. Los datos de la secuenciación del genoma del arroz fueron muy útiles para analizar en ese fragmento si un gen determinado podía originar la resistencia al RYMV. Con base en datos bibliográficos, el gen eIF(iso)4G, involucrado en la traducción de los ARNs celulares y llamado Rymv1, resultó ser el mejor candidato. La validación funcional de este gen de resistencia fue realizada por transformación genética. Para lograrlo, se modificó una descendencia de arroz resistente, al introducir por transgénesis el alelo de sensibilidad de este gen. Las descendencias de las plantas transformadas, que revelan una restauración de la sensibilidad, ponen sistemáticamente al descubierto la presencia del transgén.

Los virus están constituidos por un pequeño genoma que codifica para un número limitado de proteínas (5 en el RYMV). Por lo tanto, los virus necesitan las proteínas de su hospedero para llevar a cabo las diferentes etapas de su ciclo infeccioso. Una de las proteínas que requiere el virus de la mancha amarilla parece ser el factor codificado por el gen Rymv1 que está probablemente involucrado en la traducción de las proteínas virales, pero tal vez asimismo en otros procesos como el movimiento del virus en el seno de una célula.

Los investigadores descubrieron mutaciones del gen, que analizaron en tres variedades resistentes diferentes. Éstas son distintas pero están ubicadas en la misma región del gen y en una posición externa favorable para interactuar con el virus. Según parece, por lo tanto, en estas variedades, la mutación no altera el papel de la proteína en sus principales funciones biológicas, pero puede impedir su interacción con el virus, que se ve entonces bloqueado en una de las etapas de su ciclo infeccioso.

En forma paralela, un equipo de virólogos del IRD demostró que era posible seleccionar en laboratorio cepas de RYMV, eludiendo este gen de resistencia y que dicha evasión era determinada por mutaciones en una de las proteínas virales. Los dos enfoques convergen ahora para tratar de determinar los mecanismos moleculares de la resistencia o de la sensibilidad, a partir de interacciones directas entre la proteína del arroz y la del virus. La comprensión de estos mecanismos permitirá especular mejor en torno a la explotación a largo plazo de este gen de resistencia.

Otra estrategia para contrarrestar este virus fue desarrollada en el IRD : al introducir por transgénesis en el genoma de las plantas, una parte de los genes virales, como fue realizado en otras interacciones planta/virus, los investigadores trataron de inducir la resistencia al RYMV. Los resultados revelan que las plantas transgénicas tan sólo tienen una resistencia parcial y de escasa duración y pueden incluso presentar una sensibilidad mayor. En el caso particular de la interacción arroz/RYMV, la estrategia de introducción de un gen viral por transgénesis no aporta por lo tanto ventajas en relación con la utilización de las resistencias naturales.

La aplicación de esta investigación consiste en facilitar el mejoramiento de la producción de arroz en los países afectados por el virus de la mancha amarilla. Actualmente, el IRD transfiere por cruzamiento el gen Rymv1 en algunas variedades importantes desde el punto de vista agronómico y las descendencias correspondientes han sido donadas a diferentes instituciones nacionales de investigación (Costa de Marfi, Senegal, Madagascar) o internacionales como el Centro del Arroz para África (Warda, Benín) para ser utilizadas en programas de selección varietal.

Redacción - IRD: Aude Sonneville
Traduccion : Annie Carillio

Glosario:
(1) ARN mensajero : molécula de ácido ribonucléico transcrita a partir del ADN de un gen y que sirve de modelo para la traducción de una proteína.
(2) Alelo : cada una de las diferentes formas posibles de un mismo gen.